Redis持久化
Redis支持RDB和AOF两种持久化机制，持久化功能有效地避免因进程退出造成的数据丢失问题，当下次重启时利用之前持久化的文件即可实现数据恢复。理解掌握持久化机制对于Redis运维非常重要。本章内容如下：
·首先介绍RDB、AOF的配置和运行流程，以及控制持久化的相关命令，如bgsave和bgrewriteaof。
·其次对常见持久化问题进行分析定位和优化。
·最后结合Redis常见 的单机多实例部署场景进行优化。
5.1 RDB
RDB持久化是把当前进程数据生成快照保存到硬盘的过程，触发RDB持久化过程分为手动触发和自动触发。
5.1.1 触发机制
手动触发分别对应save和bgsave命令：
·save命令：阻塞当前Redis服务器，直到RDB过程完成为止，对于内存比较大的实例会造成长时间阻塞，线上环境不建议使用。运行save命令对应
的Redis日志如下：
* DB saved on disk
·bgsave命令：Redis进程执行fork操作创建子进程，RDB持久化过程由子进程负责，完成后自动结束。阻塞只发生在fork阶段，一般时间很短。运行bgsave命令对应的Redis日志如下：
* Background saving started by pid 3151
* DB saved on disk
* RDB: 0 MB of memory used by copy-on-write
* Background saving terminated with success
显然bgsave命令是针对save阻塞问题做的优化。因此Redis内部所有的涉及RDB的操作都采用bgsave的方式，而save命令已经废弃。
除了执行命令手动触发之外，Redis内部还存在自动触发RDB的持久化机制，例如以下场景：
1）使用save相关配置，如“save m n”。表示m秒内数据集存在n次修改时，自动触发bgsave。
2）如果从节点执行全量复制操作，主节点自动执行bgsave生成RDB文件并发送给从节点，更多细节见6.3节介绍的复制原理。
3）执行debug reload命令重新加载Redis时，也会自动触发save操作。
4）默认情况下执行shutdown命令时，如果没有开启AOF持久化功能则自动执行bgsave。
5.1.2 流程说明
bgsave是主流的触发RDB持久化方式，下面根据图5-1了解它的运作流程。
1）执行bgsave命令，Redis父进程判断当前是否存在正在执行的子进程，如RDB/AOF子进程，如果存在bgsave命令直接返回。
2）父进程执行fork操作创建子进程，fork操作过程中父进程会阻塞，通过info stats命令查看latest_fork_usec选项，可以获取最近一个fork操作的耗时，单位为微秒。
3）父进程fork完成后，bgsave命令返回“Background saving started”信息并不再阻塞父进程，可以继续响应其他命令。
4）子进程创建RDB文件，根据父进程内存生成临时快照文件，完成后对原有文件进行原子替换。执行lastsave命令可以获取最后一次生成RDB的时间，对应info统计的rdb_last_save_time选项。
5）进程发送信号给父进程表示完成，父进程更新统计信息，具体见info Persistence下的rdb_*相关选项。
5.1.3 RDB文件的处理
保存：RDB文件保存在dir配置指定的目录下，文件名通过dbfilename配置指定。可以通过执行config set dir{newDir}和config setdbfilename{newFileName}运行期动态执行，当下次运行时RDB文件会保存到新目录。
运维提示
当遇到坏盘或磁盘写满等情况时，可以通过config set dir{newDir}在线修改文件路径到可用的磁盘路径，之后执行bgsave进行磁盘切换，同样适用于AOF持久化文件。
压缩：Redis默认采用LZF算法对生成的RDB文件做压缩处理，压缩后的文件远远小于内存大小，默认开启，可以通过参数config set rdbcompression{yes|no}动态修改。
运维提示
虽然压缩RDB会消耗CPU，但可大幅降低文件的体积，方便保存到硬盘或通过网络发送给从节点，因此线上建议开启。
校验：如果Redis加载损坏的RDB文件时拒绝启动，并打印如下日志：
# Short read or OOM loading DB. Unrecoverable error, aborting now.
这时可以使用Redis提供的redis-check-dump工具检测RDB文件并获取对应的错误报告。
5.1.4 RDB的优缺点
RDB的优点：
·RDB是一个紧凑压缩的二进制文件，代表Redis在某个时间点上的数据快照。非常适用于备份，全量复制等场景。比如每6小时执行bgsave备份，并把RDB文件拷贝到远程机器或者文件系统中（如hdfs），用于灾难恢复。
·Redis加载RDB恢复数据远远快于AOF的方式。
RDB的缺点：
·RDB方式数据没办法做到实时持久化/秒级持久化。因为bgsave每次运行都要执行fork操作创建子进程，属于重量级操作，频繁执行成本过高。
·RDB文件使用特定二进制格式保存，Redis版本演进过程中有多个格式的RDB版本，存在老版本Redis服务无法兼容新版RDB格式的问题。针对RDB不适合实时持久化的问题，Redis提供了AOF持久化方式来解决。
5.2 AOF
AOF（append only file）持久化：以独立日志的方式记录每次写命令，重启时再重新执行AOF文件中的命令达到恢复数据的目的。AOF的主要作用是解决了数据持久化的实时性，目前已经是Redis持久化的主流方式。理解掌握好AOF持久化机制对我们兼顾数据安全性和性能非常有帮助。
5.2.1 使用AOF
开启AOF功能需要设置配置：appendonly yes，默认不开启。AOF文件名通过appendfilename配置设置，默认文件名是appendonly.aof。保存路径同RDB持久化方式一致，通过dir配置指定。AOF的工作流程操作：命令写入（append）、文件同步（sync）、文件重写（rewrite）、重启加载（load），如图5-2所示。
1）所有的写入命令会追加到aof_buf（缓冲区）中。
2）AOF缓冲区根据对应的策略向硬盘做同步操作。
3）随着AOF文件越来越大，需要定期对AOF文件进行重写，达到压缩的目的。
4）当Redis服务器重启时，可以加载AOF文件进行数据恢复。了解AOF工作流程之后，下面针对每个步骤做详细介绍。
5.2.2 命令写入
AOF命令写入的内容直接是文本协议格式。例如set hello world这条命令，在AOF缓冲区会追加如下文本：*3\r\n$3\r\nset\r\n$5\r\nhello\r\n$5\r\nworld\r\n
Redis协议格式具体说明见4.1客户端协议小节，这里不再赘述，下面介
绍关于AOF的两个疑惑：
1）AOF为什么直接采用文本协议格式？可能的理由如下：
·文本协议具有很好的兼容性。
·开启AOF后，所有写入命令都包含追加操作，直接采用协议格式，避免了二次处理开销。
·文本协议具有可读性，方便直接修改和处理。
2）AOF为什么把命令追加到aof_buf中？Redis使用单线程响应命令，如果每次写AOF文件命令都直接追加到硬盘，那么性能完全取决于当前硬盘负载。先写入缓冲区aof_buf中，还有另一个好处Redis可以提供多种缓冲区同步硬盘的策略，在性能和安全性方面做出平衡。
5.2.3 文件同步
Redis提供了多种AOF缓冲区同步文件策略，由参数appendfsync控制，不同值的含义如表5-1所示。
表5-1 AOF缓冲区同步文件策略
系统调用write和fsync说明：
·write操作会触发延迟写（delayed write）机制。Linux在内核提供页缓冲区用来提高硬盘IO性能。write操作在写入系统缓冲区后直接返回。同步硬盘操作依赖于系统调度机制，例如：缓冲区页空间写满或达到特定时间周期。同步文件之前，如果此时系统故障宕机，缓冲区内数据将丢失。
·fsync针对单个文件操作（比如AOF文件），做强制硬盘同步，fsync将阻塞直到写入硬盘完成后返回，保证了数据持久化。除了write、fsync，Linux还提供了sync、fdatasync操作，具体API说明参
见：plete, this may slow down Redis
2）每当发生AOF追加阻塞事件发生时，在info Persistence统计中，aof_delayed_fsync指标会累加，查看这个指标方便定位AOF阻塞问题。
3）AOF同步最多允许2秒的延迟，当延迟发生时说明硬盘存在高负载问题，可以通过监控工具如iotop，定位消耗硬盘IO资源的进程。优化AOF追加阻塞问题主要是优化系统硬盘负载，优化方式见上一节。
5.4 多实例部署
Redis单线程架构导致无法充分利用CPU多核特性，通常的做法是在一台机器上部署多个Redis实例。当多个实例开启AOF重写后，彼此之间会产生对CPU和IO的竞争。本节主要介绍针对这种场景的分析和优化。上一节介绍了持久化相关的子进程开销。对于单机多Redis部署，如果同一时刻运行多个子进程，对当前系统影响将非常明显，因此需要采用一种措施，把子进程工作进行隔离。Redis在info Persistence中为我们提供了监控子进程运行状况的度量指标，如表5-2所示。
我们基于以上指标，可以通过外部程序轮询控制AOF重写操作的执行，整个过程如图5-6所示。
流程说明：
1）外部程序定时轮询监控机器（machine）上所有Redis实例。
2）对于开启AOF的实例，查看（aof_current_size-aof_base_size）/aof_base_size确认增长率。
3）当增长率超过特定阈值（如100%），执行bgrewriteaof命令手动触发当前实例的AOF重写。
4）运行期间循环检查aof_rewrite_in_progress和aof_current_rewrite_time_sec指标，直到AOF重写结束。
5）确认实例AOF重写完成后，再检查其他实例并重复2）~4）步操作。从而保证机器内每个Redis实例AOF重写串行化执行。
5.5 本章重点回顾
1）Redis提供了两种持久化方式：RDB和AOF。
2）RDB使用一次性生成内存快照的方式，产生的文件紧凑压缩比更高，因此读取RDB恢复速度更快。由于每次生成RDB开销较大，无法做到实时持久化，一般用于数据冷备和复制传输。
3）save命令会阻塞主线程不建议使用，bgsave命令通过fork操作创建子进程生成RDB避免阻塞。
4）AOF通过追加写命令到文件实现持久化，通过appendfsync参数可以控制实时/秒级持久化。因为需要不断追加写命令，所以AOF文件体积逐渐变大，需要定期执行重写操作来降低文件体积。
5）AOF重写可以通过auto-aof-rewrite-min-size和auto-aof-rewrite-percentage参数控制自动触发，也可以使用bgrewriteaof命令手动触发。
6）子进程执行期间使用copy-on-write机制与父进程***享内存，避免内存消耗翻倍。AOF重写期间还需要维护重写缓冲区，保存新的写入命令避免数据丢失。
7）持久化阻塞主线程场景有：fork阻塞和AOF追加阻塞。fork阻塞时间跟内存量和系统有关，AOF追加阻塞说明硬盘资源紧张。
8）单机下部署多个实例时，为了防止出现多个子进程执行重写操作，建议做隔离控制，避免CPU和IO资源竞争。